DE102008020505A1

DE102008020505A1 - Bildaufnahem- und Farbmesssystem

Info

Publication number: DE102008020505A1
Application number: DE102008020505A
Authority: DE
Inventors: Oliver Zind; Walter Zind; Ralph Schweike; Stephan Schade
Original assignee: Zind Oliver Dipl-Ing
Current assignee: Zind Oliver Dipl-Ing
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-10-29
Also published as: WO2009129795A1; DE112009001590A5; US20110050892A1; EP2310818A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung zur Aufnahme von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes (20). Die Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung weist zumindest ein einen Zeilensensor umfassendes Kameramodul (3) mit einer zugehörigen ersten Optik (3') zur Bündelung von Lichtstrahlen, und einen oder mehrere Farbsensoren (4) mit einer zugehörigen zweiten Optik (5) auf. Von jeweils einem Punkt der Oberfläche des Objektes (20) werden zeitgleich Bilddaten durch das Kameramodul (3) und Farbmessdaten durch den einen oder mehrere Farbsensoren (4) aufgenommen und es wird eine Vielzahl von Bilddaten und Farbdaten einzelner Punkte eine Bild- und Farbdatengesamtheit bereitstellt. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Bildaufnahme- und Farbmesssystem, das eine Mehrzahl von Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen aufweist, die benachbart zueinander oder einander gegenüberliegend in einem Gehäuse (10) angeordnet sind. Weiter sind Verfahren zur Bildaufnahme- und Farbmessung von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes (20) unter Verwendung einer Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung oder eines Bildaufnahme- und Farbmesssystems offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahme- und Farbmesssystem, insbesondere ein Bildaufnahme- und Farbmesssystem, das als Druckbildkontrollsystem zur Kontrolle von Druckbildern geeignet ist.
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Vorrichtungen bekannt, um das äußere Erscheinungsbild eines Objektes aufzunehmen. Zweidimensionale Wiedergaben werden durch Bildkameras geschaffen, die das Objekt subjektiv genau abbilden. Eine Vielzahl von Abbildungen erlaubt unter Anwendung von Computertechnologie auch eine dreidimensionale Darstellung. Andere Vorrichtungen wiederum ermöglichen die Abbildung weiterer Parameter zur Charakterisierung eines Gegenstandes, hierzu gehören Durchleuchtungstechnologien oder andere Technologien, die auf der Verwendung von elektromagnetischen und Schallwellen basieren, um die Merkmale der Struktur eines Objekts zu analysieren. So ist es möglich, über die Verwendung mehrerer verschiedener Technologien, die die Verwendung verschiedener Vorrichtungen erfordern, gewünschte zu ermittelnde charakterisierende Parameter eines Gegenstandes aufnehmen zu können, etwa Informationen über die Erdoberfläche bzw. über deren Struktur, Formen und Färbung oder etwa Informationen über eine Materialbeschaffenheit.
Eine Aufgabenstellung, die ebenfalls die Ermittelung verschiedener Parameter eines Gegenstandes erfordert, ist die Druckbildkontrolle, um Drucksachen, die von einer Druckmaschine produziert werden, hinsichtlich ihrer Qualität zu kontrollieren. Solche Drucksachen können zweidimensionale Drucksachen wie, Zeitschriften oder Bücher, aber auch dreidimensionale Objekte wie Dosen oder Tonnen sein. Die Qualität des Druckbildes wird wesentlich gegeben durch ihre Klarheit, respektive Abgrenzung von Konturen, Farbreinheit, Schärfe und exaktes Übereinanderliegen der nacheinander gedruckten Farben. Im Vierfarbdruck handelt es sich üblicherweise um Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz, bei Mehrfarbdrucken kommen weitere Farben hinzu. Diese Farben müssen exakt in der gewünschten Weise übereinander zu liegen kommen, damit das Druckbild die vorgenannten Qualitätsparameter erfüllt. Der Passer bestimmt das aufeinander Passen dieser genannten verschiedenen Druckfarben. Er ist nicht nur beim Druck der Vierfarbdrucktechniken zur Kontrolle wichtig, er stellt auch ein Qualitätsmerkmal bei der Herstellung von aus Sonderfarben gefertigten Druckprodukten dar.
Um die Qualität einer Drucksache zu bestimmen, ist es insofern erforderlich, eine Echtfarbenmessung durchzuführen, also die gleich bleibende Qualität der Farbgebung selbst über einen Druckprozess hinweg zu kontrollieren, indem eine Vielzahl von Druckprodukten produziert werden, während gewisse Einstellungen und Größen in einem engen, für die Druckqualität aber erheblichen Maße dynamisch sind. Gleichzeitig ist die Passerdifferenz, also das Abweichen hinsichtlich des aufeinander Passens der Farben zu ermitteln.
Bekannte Druckmaschinen wie so genannte Rollendruckmaschine verwenden heutzutage eine automatische Passersteuerung, wobei auf den Druckplatten außerhalb des Endformats kleine Marken mitgedruckt und beispielsweise von einer Hochleistungskamera mit Blitz kontinuierlich aufgenommen werden. Eine entsprechende Software, die das enorme Datenaufkommen der Hochleistungskamera verarbeitet, erkennt die durch die Marken hervorgerufenen Signale und bewirkt, dass die Marken entsprechend zueinander gefahren werden, so dass durch eine Justierung der Druckplatten im Druck möglich ist, wenn sich Verschiebungen der Marker ergeben. Der Abgleich der Kamerabilder erfordert auch auf Grund der großen zu verarbeitenden Datenmenge eine gewisse Zeit, so dass bis zum Erkennen einer Druckqualitätsverschlechterung und der entsprechenden Justierung der Druckmaschine nachteilig bereits eine Vielzahl von Drucken entstanden sein kann. Ferner wird die Hochleistungskamera bereits ihrer Größe entsprechend von dem zu prüfenden Produkt beabstandet sein, und es besteht die Gefahr, dass daher nicht alle Aspekte des Prüfguts aus gleichem Winkel optimal aufgenommen werden können, was zu Verzerrungen oder Unschärfe der aufgenommenen Abbildung führen kann.
Ein System zur Beurteilung einer Qualität von einer aus einer Druckmaschine produzierten Drucksache ist aus der DE 20 2004 020 463 U1 bekannt, das auf einfache Weise an einer Druckmaschine angeordnet werden kann und mittels dem ein im System durchgeführtes komplexes Verfahren zur Beurteilung der Qualität der Drucksache in Echtzeit im laufenden Druckprozess der Druckmaschine ausgeführt werden kann. Das System soll insbesondere Probleme bekannter Kamerasysteme überkommen, die bei der Prüfung von farbigem Material mittels elektronischer Bildsensoren, insbesondere Farbkameras, Bilddaten aufnehmen, die nicht dem Farbempfinden des menschlichen Auges entsprechen. Es wird insofern für erforderlich erachtet, die spektrale Empfindlichkeitsverteilung der eingesetzten Farbkameras mit der Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges in Einklang zu bringen, so dass ein durch eine sol che Kamera aufgenommenes auf einem Farbmonitor angezeigtes Druckbild nicht zu einem verfälschten Seheindruck führt.
Weiter beschreibt die DE 10 2004 029 140 A1 ein Verfahren zu Identifikation eines so genannten einzelnen Nutzens „mit einem Druckbild von fehlerhafter Qualität auf einem Bedruckstoff mit mehreren Nutzen Hierbei wird ein Bild von zumindest einem Teil des Bedruckstoffs fotografisch aufgenommen und mit dem aufgenommenen Bild korrelierende Daten werden dahingehend geprüft, ob auf dem Bedruckstoff ein die Qualität des Druckbildes mindernder Fehler vorliegt. Es wird aus den mit dem aufgenommenen Bild korrelierenden Daten mit Bezug auf den Bedruckstoff eine Information zum Ort des die Qualität des Druckbilds mindernden Fehlers ermittelt, so dass die Information zum Ort des die Qualität des Druckbilds mindernden Fehlers mit einer Information zur Position und Größe der einzelnen auf dem Bedruckstoff angeordneten Nutzen abgeglichen wird, wobei die Informationen der vorgenannte Parameter einem elektronisch generierten Datensatz entnommen werden. Hierdurch soll vermieden werden, dass die Qualitätsüberprüfung des Druckbilds ohne Zuhilfenahme eines gedruckten Referenzbedruckstoffes erfolgen kann.
Außerdem offenbart die DE 10 2006 025 324 A1 eine Sensoreinrichtung, die geeignet ist, streifenförmige Druckflächen entlang einer Druckstoffbahn bewegter Bedruckstoffe zu erfassen. Mit verringertem apparativem Aufwand soll der streifenförmige Erfassungsbereich hinsichtlich einer spektralen Dichtemessung und Farbregelung auf der Basis von Druckkontrollstreifen sensorisch erfasst werden, wobei durch optische Mittel Abschnitte der Druckfläche, die in Richtung der Hauptausdehnung der Druckfläche aufeinander folgen, benachbart zueinander auf den Matrixsensor projiziert werden.
Weiter offenbart die Patentschrift DE 41 36 461 C2 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur großflächigen Bildinspektion, wobei die Vorrichtung eine optische Abtasteinrichtung mit einer Lichtquelle und einem Aufnahmeelement umfasst. Das Aufnahmeelement ist so angeordnet, dass es mit einer Ansteuer- und Messelektronikeinheit und einer Rechner- und Auswerteeinheit zusammen arbeitet, wobei die Ansteuer- und Messelektronik mittels eines Winkel-Encoders mit der Laufgeschwindigkeit des Druckerzeugnisses synchronisierbar ist, so dass die Zeitenfolge der Aufnahmezyklen in Abhängigkeit der Bahngeschwindigkeit steuerbar ist und die Rechen- und Auswerteeinheit in Abhängigkeit eines Ist-Sollwert-Vergleichs eine Stelleinrichtung für die Farbführung der Druckmaschine steuern kann. Dies wird realisiert, indem das Aufnahme element aus mehreren parallel betriebenen Flächensensoren des CCD-Typs mit jeweils einem matrixförmig adressierbaren Bildaufnahme-Speicherbereich mit Zeileneinrichtung quer zur Druckrichtung aufgebaut ist. Bei jedem Flächensensor sind die Informationen takt- und zeilenmäßig verschiebbar und seriell auslesbar und kann vor Aufnahmezyklus zumindest ein Zeilentransferimpuls erfolgen.
Der vorliegende Stand der Technik verdeutlicht, dass die parallele Aufnahme verschiedener ein äußeres Erscheinungsbild eines Objektes bestimmender Parameter, wie etwa die Druckbildkontrolle bestimmter Drucksachen mit den gegebenen Druckbildkontrollsystemen bis dato trotz enormen apparativen Aufwandes noch unbefriedigend gelöst wird.
OFFENBARUNG
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur gleichzeitigen Aufnahme von Bild- und Farbdaten zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines verbesserten Bildaufnahme- und Farbmesssystems und ein entsprechendes verbessertes Verfahren. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden durch die Unteransprüche beschrieben.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung zur Aufnahme von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes umfasst ein Kameramodul und vorteilhaft getrennt davon einen oder mehrere Farbsensoren mit entsprechenden Optiken, die es ermöglichen, dass von jeweils einem Punkt der Oberfläche des Objektes, zeitgleich Bilddaten und Farbmessdaten aufnehmbar sind. Viele Bilddaten und Farbdaten, die paarweise von jedem Punkt erfasst werden, stellen eine Bild- und Farbdatengesamtheit bereit, die es ermöglicht, vorteilhaft etwa eine Aussage über die Qualität des aufgenommenen- bzw. gemessenen Objekts zu treffen. Diese Aussage kann etwa die Farbgebung selbst oder auch die Materialbeschaffenheit des Objekts betreffen, wenn bei zu erwartender gleich bleiben der Färbung eines Objekts etwa Farbänderungen auf Oberflächenveränderungen des Objekts hindeuten. Durch die getrennte Verarbeitung der Bilddaten und der Farbdaten ist die Verwendung hoch spezialisierter Farbsensoren bzw. Bildaufnahmemodule möglich, die vorteilhaft mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit arbeiten. Damit wird eine Verbesserte Datenaufnahme bereitgestellt, was etwa bei der Anwendung in der Druckbildkontrolle zu einer erhöhten Zuverlässigkeit und schneller Fehlererkennung führt.
Ein weiters Ausführungsbeispiel bezieht sich darauf, dass ein Gehäuse die Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung vorteilhaft schützend umgibt.
Ein Ausführungsbeispiel, das das erfindungsgemäße Bildaufnahme- und Farbmesssystem beschreibt, weist vorteilhaft eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen auf, so dass große Flächen wie etwa eine breite Druckbahn oder andere Objekte mit Längs- und/oder Querausdehnungen von mehreren Meter der synchronen Bildaufnahme und Farbmessung unterzogen werden können, so dass vorteilhaft die Qualität der Oberfläche dieser Objekte untersucht und bewertet werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmesssystems als eine Druckbildkontrollvorrichtung, die dazu geeignet ist, auf ein Objektaufgedruckte Bilder während der des laufenden Prozesses der Druckerstellung beziehungsweise unmittelbar danach auf ihre Qualität hin zu überprüfen. Die Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung weist dazu vorteilhaft getrennte Module zur Aufnahme von Bilddaten und zur Farbmessung auf. Hochempfindliche Farbsensoren werden parallel zu einer temperaturunabhängigen Bildaufnahmevorrichtung, wie einem Zeilensensor, der von einem Kameramodul umfasst ist, eingesetzt und können zeitgleich entsprechende Bilddaten und Farbmessdaten von einem Punkt des Druckbilds aufnehmen. Eine Vielzahl dieser jeweils einem einzelnen Punkt zuordenbaren Bild und Farbmessdaten ergibt Zeilen zugeordnete Datensätze und sodann einen Gesamtdatensatz, der es vorteilhaft erlaubt, die Qualität des Druckbildes zu überprüfen.
Ein nächstes Ausführungsbeispiel bezieht sich darauf, dass in dem Gehäuse, welches das Kameramodul und die Farbsensoren umfasst, oder alternativ an dem Gehäuse eine Lichtquelle zur zumindest teilweisen Beleuchtung des Objektes angeordnet ist. Somit ist es vorteilhaft möglich, eine Lichtquelle getrennt von den Modulen zur Aufnahme der Farb- und Bilddaten anzuordnen und die Lichtquelle näher an das Objekt heran zu bringen, so dass eine präzise Ausleuchtung vorgenommen werden kann. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass durch separate Anordnung der Lichtquelle vom Kameramodul und dem Farbmodul die durch die Lichtquelle entstehende Wärme weniger direkt auf die genannten Module einwirkt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich darauf, dass der Zeilensensor, der in dem Kameramodul angeordnet ist, ein lediglich monochromer Zeilensensor sein kann, der vorteilhaft nur Grauwerte misst und insofern einen reduzierten Datensatz im Vergleich zu Farbzeilensensoren aufnimmt, die ein mehrfach höheres Datenvolumen erzeugen. Damit ergibt sich vorteilhaft, dass ein geringeres Speichervolumen zur Speicherung der aufgenommenen Bilddaten bereitgestellt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bildaufnahme- und Farbmessung von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes, das unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung ausgeführt wird, bezieht sich auf die Schrittabfolge der Aufnahme von Bilddaten mit dem Kameramodul und von Farbmessdaten durch Farbsensoren zur Bereitstellung einer Bild- und Farbdatengesamtheit aus einer Vielzahl von Bilddaten und Farbdaten von Punkten und entsprechend von Zeilen, die sich aus einer Vielzahl von Punkten zusammensetzen.
Ein weiteres Verfahren bezieht sich auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmesssystems, um mittels der erlangten Daten über Objekte mit einer Ausdehnung von bis zu mehreren Metern in Längs- oder Querrichtung Qualitätsaussagen oder andere Informationen über deren Oberflächenfärbung oder Beschaffenheit zu bekommen.
Weiter bezieht sich eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen als Druckbildkontrollvorrichtung zur lnline-Druckbildkontrolle, eines auf einem Objekt aufgedruckten Druckbilds. Vorteilhaft werden in dem Verfahren zeitgleich von einem Punkt des Druckbilds, das aus einer Vielzahl von Punkten besteht, Bilddaten durch das den Zeilensensor umfassende Kameramodul und Farbmessdaten durch einen oder mehrere Farbsensoren aufgenommen. Sobald die Daten dieses Punktes aufgenommen sind, wird der vorgenannte Schritt mit dem nächsten Punkt wiederholt, so dass vorteilhaft eine Vielzahl von Bild- und Farbdaten zu jedem einzelnen Punkt aufgenommen wird, die eine Bild- und Farbdatengesamtheit bereitstellt, die es vorteilhaft ermöglicht, die Qualität des Druckbildes zu überprüfen.
Diese und weitere Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung. Gegenstände oder Teile von Gegenständen, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch die Druckbildkontrollvorrichtung und ein davor angeordnetes Objekt,
2 eine schematische perspektivische Ansicht der Druckbildkontrollvorrichtung.
3a ein mit dem Bildaufnahmemodul aufgenommenes Bild und Figur bb die zugehörigen Daten, die von demselben Druckbild aus 3a mittels Farbsensoren erhalten wurden.
BESCHREIBUNG
Zur Verdeutlichung der Bedeutung einiger der hierin verwendeten Begriffe wird dargelegt, wie diese verstanden werden sollen. Eine Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung wie vorliegend beschrieben, meint eine Vorrichtung, die zwei getrennte Technologien zur Messung von Farben und zur Aufnahme von Bildern, die lediglich als Grauwerte wiedergegeben zu brauchen. Ein solches System unterscheidet sich in wesentlichen Punkten von einer Farbkamera, da es eine getrennte Messung der genannten völlig unterschiedlichen Parameter durchführt, und die synchron aufgenommenen Daten bezüglich Farbe und Bild miteinander koppelt, um ein Datensatzpaar bereitzustellen. Bildaufnahme bedeutet vorliegend die Aufnahme von Konturen und Kontrasten, und kann auch – muss aber nicht Farben umfassen, aber ohne eine Aussage über die Qualität der Farbe wie deren Intensität bereitzustellen.
Wenn ein Punkt, der ein Durchmesser oder eine Ausdehnung von wenigen μm, bzw. μm² vorzugsweise von wenigen mm, bzw. wenigen mm² haben wird, aber dessen Ausdehnung oder Durchmesser auch im cm bzw. cm²-Bereich liegen kann, gemessen wird, so können zum einen dessen Bilddaten erfasst und zum anderen über unterschiedliche Farbsensoren dessen Farbdaten gemessen werden. Bild- und Farbmessdaten werden vorliegend als Datenpaar eines Punktes angesehen.
Ein Zeilensensor wie vorliegend beschrieben ist ein licht- bzw. strahlungsempfindliche Detektor aus einer zweidimensionalen Anordnung aus Foto- oder anderen Detektoren. Zeilensensoren können einfache monochrom arbeitende Detektoren sein.
Der Begriff Optik, wie vorliegend gebraucht, meint eine Vorrichtung zum Bündeln oder Leiten von Licht.
Weiter kann die erfindungsgemäße Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung sehr vorteilhaft Platz sparend und günstig als „Druckbildkontrollvorrichtung” verwendet werden: Hierunter wird grundsätzlich eine Vorrichtung verstanden, die in Druckvorrichtungen wie Rotationsdruckmaschinen, Bogendruckmaschinen und anderen Druckmaschinen, die zum Offset-Druck, zum Sieb- oder Flexo-, oder auch Tiefdruck geeignet sind, nur um einige Drucktechniken zu nennen, zur Kontrolle des Druckbilds zumindest hinsichtlich der Passer- und Farbidentität eingesetzt werden.
Unter Passerkontrolle wird verstanden, dass das exakte übereinander Passen von Formen, die im Mehrfarbdruck nacheinander auf die Bedruckfläche gebracht werden, geprüft wird; unter Farbkontrolle wird die Kontrolle dessen verstanden, in wie weit die ergebende Endfarbe einer aus mehreren Farben gedruckten farbigen Fläche der vorbestimmten Endfarbe entspricht. Dabei kann die Endfarbe etwa über genormte Farbcodes festgelegt sein. Passerprobleme können etwa durch veränderte Laufgeschwindigkeiten von Druckzylindern hervorgerufen werden; je rascher eine solche Laufgeschwindigkeitsänderung erkannt wird, desto schneller kann ein Druckzylinder durch eine entsprechende Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung korrigiert werden. Analog können bei rechtzeitiger Detektion des Druckfehlers Änderungen des Verhaltens des Druckpapiers, der Papierrollenwicklung, Papierlagerbedingungen und ähnliches erkannt und behoben und somit eine Reduktion der Erzeugung von Fehldrucken bewirkt werden.
Diejenigen Ausführungsformen der Erfindung, in denen das Farbmess- und Bildaufnahmesystem als Druckbildkontrollvorrichtung eingesetzt wird, beziehen sich auf die Durchführung einer Inline-Kontrolle eines Druckbilds, das auf ein Objekt aufgedruckt wird. Unter Inline-Kontrolle wird vorliegend verstanden, dass die Qualität des Druckbilds während des Druckprozesses hinsichtlich des Passers und der Farbgebung in der Druckmaschine kontrolliert wird. Vorteilhaft können dabei Druckbildkontrollvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung in der Druckmaschine selbst angeordnet wenden. Unter dem Objekt, auf welches das Bild aufgedruckt wird, wird vorliegend eine Unterlage wie Papier, Metall oder ähnliches verstanden, um beispielsweise Zeitschriften, Zeitungen aber auch bedruckte Dosen und ähnliches zu fertigen.
Die erfindungsgemäße Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung kann als Druckbildkontrollvorrichtung eingesetzt werden, wie die 1 und 2 zeigen. 1 zeigt die Druckbildkontrollvorrichtung 1 mit einem Kameramodul 3 in einer Kamera 2 auf, das einen Zeilensensor umfasst. Dem Zeilensensor ist eine erste Optik 3' zur Bündelung des Lichts zugeordnet, wie durch den Strahlengang 14 angedeutet. Weiter umfasst die Druckbildkontrollvorrichtung 1 mehrere Farbsensoren 4 mit einer entsprechenden zugehörigen zweiten Optik 5.
Diese Optik 5 ist vorteilhaft so aufgebaut, dass die Glasfasern 9 zur Lichtleitung durch als Querschnittswandler 9' wirkende Metallplatten geführt werden. Eine Anordnung vieler Farbsensoren 4 neben und/oder übereinander mit den entsprechenden Glasfasern 9 kann daher in Verbindung mit der Längslinse 5', eine Lichteintritts- bzw. Austrittsfläche an der zu dem Objekt 20 weisenden Ende der Glasfasern 9 aufweisen, dass entsprechende quadratische oder runde Querschnitte der Fasern 9 zur Farbdatenaufnahme bereitgestellt werden, wodurch eine definierte Fläche mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern oder mit einer rechteckigen Grundfläche bereitgestellt wird, so dass die auf den Parameter „Farbe” zu untersuchende Fläche einer Objektoberfläche exakt bestimmt werden kann.
Das Kameramodul 3, das mit seiner Optik 3' die Kamera bereitstellt, die in einem Kameragehäuse 16 angeordnet ist, und die Farbsensoren 4 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 10 derart angeordnet, dass sie ein und denselben Punkt oder bereich des zu kontrollierenden Druckbilds fokussieren. Entsprechend werden die Strahlengänge 13, 14 und die durch die Glasfasern 9 geführten Lichtwellen durch die Optiken 3', 5 und 7 so geführt, dass sie einen Punkt bzw. eine Linie eines Objekts 20 fokussieren. Eine Lichtsteuerung 13 zur Steuerung der Beleuchtung mittels der Lichtquelle 11 hilft, eine optimale Objektausleuchtung – zumindest des Teils des Objektoberfläche, die zum entsprechenden Zeitpunkt der Bildaufnahme und Farbmessung unterzogen werden soll.
Die Farbsensoren 4 und das Kameramodul 3 können durch die erfindungsgemäße Anordnung zeitgleich Bilddaten – mittels des Kameramoduls 3 – und Farbmessdaten – mittels des entsprechenden Farbsensors 4 – aufnehmen. So werden eine Vielzahl von Punkten nacheinander als Bild- und Farbdaten abgebildet und von den entsprechenden Aufnahmemodulen aufgenommen, die detektierten elektromagnetischen Wellen beziehungsweise Signale werden mittels einer entsprechenden Datenübertragungsleitung an eine Elektronikkomponente 12 weitergegeben.
Wie insbesondere 2 zeigt, ermöglicht der Strahlengang der Kamera 2 und eine als Zeile angeordnete Vielzahl von Farbsensoren 4, die somit eine Farbmesszeile 18 bereitstellt, sowie eine ebenfalls Beleuchtungszeile 17 gestaltete Lichtquellenanordnung, die etwa aus Leuchtdioden platz- und energiesparend bereit gestellt sein kann, die jedoch ebenfalls aus anderen geeigneten Leuchtmitteln beschaffen sein kann, eine Bildabfrage in Zeilenform, gezeigt durch die Pfeile b, und eine Farbabfrage in Zeilenform, gezeigt durch die Pfeile a, so dass zeilenweises Scannen der Objektoberfläche durchgeführt werden kann.
Wie in 1 gezeigt, können die Farbsensoren 4 und das Kameramodul 3 auf einer Platine 19 angeordnet sein, entsprechende Ausgänge der Farbsensoren 4 und des Kameramoduls 3 sind auf der Platine angeordnet und die Ausgänge sind über Signalleitungen mit der Elektronikkomponente 12 kommunikativ verbunden. Der Fachmann kennt die Technologien zur Bestückung einer solchen Platine. Natürlich ist es ebenfalls möglich, eine kabel- oder leitungslose Kommunikationstechnologie zwischen den Modulen und der Elektronikkomponente 12 zur Signalübertragung zu wählen.
Vorliegend ist innerhalb des Gehäuses 10 eine Lichtquelle 6 zur Beleuchtung des Objekts 20 gezeigt. Die Lichtquelle 6 ist vorteilhaft so ausgerichtet, dass sie den zu kontrollierenden Punkt oder Bereich des Druckbilds ideal beleuchtet. Selbstverständlich wird der Fachmann wissen, dass er bei der vorliegenden Konstruktion der Druckbildkontrollvorrichtung 1 die Lichtquelle 6 grundsätzlich auch außerhalb des Gehäuses 10 oder an dem Gehäuse 10 anordnen kann. Eine Optik 7 fokussiert den Lichtstrahl, der aus der Lichtquelle kommt, auf die gewünschte Objektstelle. Natürlich kann statt einer größeren Lichtquelle, die von einer Halterung 8 gehalten und von der Steuerung 13 gesteuert wird, auch eine Vielzahl kleiner Lichtquellen etwa als Zeile angeord net zum Einsatz kommen.
Durch die getrennte Aufnahme von Bild- und Farbdaten, die jeweils absolut synchron in Bezug auf einen Punkt erfolgt, und damit dass getrennte Durchführen zweier Messverfahren, ist es möglich, die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung eines Messverfahrens für sich getrennt zu optimieren und in kleinstmöglicher Bauform in dem Gehäuse 10 anzuordnen.
Dies bedeutet, dass die gesamte Druckbildkontrollvorrichtung 1 bezüglich des Volumens, das sie einnimmt, optimiert werden kann. Es kann beispielsweise eine Reihe von Farbsensoren 4, wie gezeigt in 2, in einer Reihe nebeneinander angeordnet werden. Es ist damit möglich, als Kameramodul 3 außer einem Farbkamerarmodul einen Zeilensensor zu verwenden, der lediglich ein monochromer Zeilensensor ist und insofern nur Grauwerte aufnimmt. Dabei ist grundsätzlich gemeint, dass ein Zeilensensor eingesetzt werden kann, dessen Temperaturempfindlichkeit geringer ist als etwa die eines CEMOS, NMOS oder CCD-Halbleiters, wie sie in Farbkameras eingesetzt wenden. Diese liefern bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Farbdaten. Wird hingegen eine Monochrom-Kamera, wie im vorliegenden Fall, verwendet, so bringt diese den Vorteil, dass sie mit hoher Geschwindigkeit und in Bezug auf die oben genannten mittels der Halbleiter aufgebauten Kameras eine wesentlich höhere Auflösung aufweist. Hiermit wird vorteilhaft eine schnelle und präzise Bildauflösung erreicht. Vorteilhaft werden die notwendigen Farbinformationen über eine Vielzahl von Farbsensoren erhalten, die etwa durch kommerzielle erwerbbare Farbsensoren geleistet werden kann. Beispielhafte Farbsensoren, ohne die Erfindung jedoch begrenzen zu wollen, können einen YXZ-Tri-Stimulusausgang aufweisen, so dass mittels dieses Ausgangs die aufgenommenen Daten unmittelbar einer spektralen Auswertung, etwa mittels CIELAB weiterverarbeitet werden können. Insofern ist ein so genannter RGB-Ausgang, wie er bei Kameras verwendet wird, die Bild- und Farbdaten gleichzeitig aufnehmen, der eine entsprechende spektrale Auswertung erschwert, nicht erforderlich.
Selbstverständlich können so genannte RGB-Farbsensoren verwendet werden, genauso wie spektrale Sensoren oder andere für die vorliegende Verwendung geeignete Sensoren.
Die aufgenommenen Daten werden in eine Elektronikkomponente 12 übertragen, die vorteilhaft die Bilddaten und Farbmessdaten speichern und/oder weiter ver arbeiten kann. Damit die Vorrichtung nicht überhitzt, kann das Gehäuse 10 Lüftungsschlitze 11 aufweisen, die, wie gezeigt in 1, vorteilhaft nahe der Lichtquelle 6 angeordnet sind. Selbstverständlich können die entsprechenden Lüftungsschlitze 11 auch an anderer Stelle angeordnet sein, wobei die Lüftungsschlitze 11 vorteilhaft so gestaltet sein werden, dass kein Fremdlicht die Aufnahme der Bilddaten durch die Kamera 2 beziehungsweise die Farbsensoren 4 beeinträchtigt. Besonders vorteilhaft ist, dass das gesamte System in einem kleinen und länglichen Gehäuse 10 angeordnet werden kann, dass so beschaffen ist, dass es geeignet ist, auch in bereits auf dem Markt befindliche Druckvorrichtungen eingebaut zu werden. Durch die geringe Tiefe der Druckbildkontrollvorrichtung 1, wobei unter Tiefe der Weg des Signaleingangs in das Gehäuse 10 bis zu einer Haltevorrichtung für das Kameramodul 3 und die Farbsensoren 4 gemeint ist, kann die erfindungsgemäße Druckbildkontrollvorrichtung 1 in einer Druckmaschine derart angeordnet werden, dass sie – und damit die entsprechenden Messsensoren – sehr nah an das zu kontrollierende Objekt 20 herangeführt werden kann. Damit ist es möglich, eine sehr präzise Kontrolle durchzuführen.
3 zeigt beispielhaft die Daten, die bei alternativer Anwwneung eines Bildmoduls bzw. eines Farbmessmoduls aufgenommen werden: In 3 ist ein mit dem Bildaufnahmemodul aufgenommenes Bild gezeigt, während 3b die zugehörigen Daten, die von demselben Druckbild aus 3a mittels Farbsensoren erhalten wurden, zeigt. Es ist gut zu sehen, wie bei intensiver Färbung die Signalpeaks, die der Farbsensor detektiert hat, anwachsen.
Wenn eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen benachbart zueinander angeordnet werden, wobei sie vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden, wird die Möglichkeit geschaffen, Objekte mit einer großen Breite – wie etwa Druckpapierbahnen von bis zu mehreren Metern – oder Objekte mit großem Umfang, wie etwa Tonnen, während der Bedruckung Inline einer Farbmess- und Bildaufnahme zu Qualitätszwecken zu untersuchen. Dem so geschaffenen erfindungsgemäßen System sind auf Grund der geringen Größe viele Messanwendungen möglich: Die erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen können in verschiedensten Gehäusen untergebracht werden, in denen zwei oder mehrere der Vorrichtungen sich gegenüber liegen um ein Objekt von zwei einander abgewandten Seiten oder auch in allen drei Dimensionen untersuchen.
Von der beidseitigen Druckbildkontrolle von Kronkorkenbedruckungen bis hin zu Scheckkarten oder anderen, wesentlich größeren bedruckten oder naturgemäß farbigen Objekten sind kaum Grenzen gesetzt. Eine wichtige Anwendung ergibt sich auch bei der Qualitätskontrolle der Materialbeschaffenheit von Objekten mit farbiger Oberfläche. Solarpannels etwa, durch Kratzer oder Fehlstellen die beschädigt sind, weisen an den fehlerbehafteten Stellen eine andere Färbung auf, die mit dem erfindungsgemäßen System auffindbar ist. Es ergibt sich eine breite Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten für das System.
Die erfindungsgemäßen Verfahren dienen der zur Bildaufnahme- und Farbmessung von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes. Hierzu werden die erfindungsgemäßen Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen eingesetzt. Es wird der Schritt des zeitgleichen Aufnehmens von Bilddaten durch das einen Zeilensensor umfassende Kameramodul mit der zugehörigen Optik und von Farbmessdaten durch zumindest einen oder mehrere Farbsensoren, mit einer zugehörigen zweiten Optik eines Punktes der Oberfläche eines Objektes die aus einer Vielzahl von Punkten besteht, solange wiederholt bis ein hinreichender Datensatz, der eine Bild- und Farbdatengesamtheit aus einer Vielzahl von Bilddaten und Farbdaten einzelner Punkte ist, entsprechend dem Anwendungszweck erlangt ist. Zeilenweises Aufnehmen der Daten ist vorteilhaft.
Natürlich kann das Verfahren zur Bildaufnahme- und Farbmessung von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes auch unter Verwendung eines Bildaufnahme- und Farbmesssystems erfolgen, das eine Mehrzahl oder Vielzahl von Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen enthalten kann. Gleichzeitig können dann mit mehreren Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen Bilddaten und Farbmessdaten aufgenommen werden. Bei der Anwendung des Verfahren in einer Druckvorrichtung zur Inline-Druckbildkontrolle eines auf einem Objekt aufgedruckten Druckbildes kann das bedruckte Gut an der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder an dem System vorbeigeführt werden, etwa durch sich drehende Druckzylinder.

1: Druckbildkontrollvorrichtung
2: Kamera
3: Kameramodul
3': erste Optik
4: Farbsensor
5: zweite Optik
5': Längslinse
6: Lichtquelle
7: dritte Optik
8: Halterung für Lichtquelle
9: Glasfasern
9': Querschnittswandler
10: Gehäuse
11: Lüftungsschlitz
12: Elektronikkomponente
13: Lichtsteuerung
14: Strahlengang
15: Strahlengang
16: Kameragehäuse
17: Beleuchtungszeile
18: Farbmesszeile
19: Platine
20: Objekt
a: Farbabfrage
b: Bildabfrage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202004020463 U1 [0006]
- DE 102004029140 A1 [0007]
- DE 102006025324 A1 [0008]
- DE 4136461 C2 [0009]

Claims

Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung zur Aufnahme von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes (20), wobei die Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung – zumindest ein einen Zeilensensor umfassendes Kameramodul (3) mit einer zugehörigen ersten Optik (3') zur Bündelung von Lichtstrahlen, und – einen oder mehrere Farbsensoren (4) mit einer zugehörigen zweiten Optik (5) aufweist, und wobei von jeweils einem Punkt der Oberfläche des Objektes (20) zeitgleich Bilddaten durch das Kameramodul (3) und Farbmessdaten durch den einen oder mehrere Farbsensoren (4) aufnehmbar sind, und wobei eine Vielzahl von Bilddaten und Farbdaten einzelner Punkte eine Bild- und Farbdatengesamtheit bereitstellt.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung in einem Gehäuse (10) angeordnet ist.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung eine Druckbildkontrollvorrichtung (1) zur Inline-Kontrolle eines auf einem Objekt (20) aufgedruckten Bildes ist.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Druckbildkontrollvorrichtung (1) in und an dem Gehäuse (10) zumindest eine Lichtquelle (6), insbesondere eine Lichtquelle (6) mit einer dritten Optik (7) zur Bündelung von Lichtstrahlen, zur zumindest teilweisen Beleuchtung des Objekts (20) aufweist.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste, die zweite und die dritten Optik (3', 5, 7) so angeordnet sind, dass die durch die Optiken (3', 5, 7) hindurchtretenden und auf das Objekt (20) fokussierten Lichtwellen sich auf einen Punkt oder auf einer Linie vereinigen.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der von dem Kameramodul (3) umfasste Zeilensensor ein mo nochromer Zeilensensor ist.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren Farbsensoren (4) aus der Gruppe umfassend RGB Farbsensoren oder spektrale Sensoren oder Farbsensoren mit einem YXZ-Tri-Stimulus Ausgang sind.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Optik (5) zumindest eine der Komponenten: – eine Längslinse (5') – Glasfasern (9) zur Übertragung elektromagnetischer Wellen zwischen dem Punkt des Objektes (20) und dem einen oder den mehrere Farbsensoren (4) – einen Querschnittswandler (9') umfasst.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Farbsensoren (4) und das Kameramodul (3) in kommunikativer Verbindung, insbesondere in elektronischer Verbindung, mit einer Datenspeicher- und Datenverarbeitungsvorrichtung stehen, die in einer Elektronikkomponente (12) bereitgestellt ist.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Farbsensoren (4) und das Kameramodul (3) auf zumindest einer Platine (19) angeordnet sind.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung zumindest eine Vorrichtung zur Synchronisierung der zeitgleich aufgenommenen Bilddaten und Farbmessdaten aufweist.
Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (10) eine oder mehrere Öffnungen zur Wärmeabfuhr aufweist.
Bildaufnahme- und Farbmesssystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildaufnahme- und Farbmesssystem eine Mehrzahl von Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist, die benachbart zueinander oder einander gegenüberliegend in einem Gehäuse (10) angeordnet sind.
Bildaufnahme- und Farbmesssystem, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem der Mehrzahl von Kameramodulen (3) und von den einem Kameramodul (3) zur synchronen Aufnahme zugeordneten Farbsensoren (4) zu gleicher Zeit Bild- und Farbmessdatenpaare von einer Mehrzahl von Punkten der Oberfläche des Objekts (20) aufnehmbar sind, und wobei die Vielzahl der gleichzeitig aufgenommenen Bilddaten- und Farbdatenpaare der Mehrzahl von Punkten eine Bild- und Farbdatengesamtheit bereitstellt.
Verfahren zur Bildaufnahme- und Farbmessung von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes (20) unter Verwendung einer Bildaufnahme- und Farbmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 112, umfassend die Schritte des a) zeitgleichen Aufnehmens – von Bilddaten durch das einen Zeilensensor umfassende Kameramodul (3) mit einer zugehörigen ersten Optik (3') – von Farbmessdaten durch zumindest einen oder mehrere Farbsensoren (4), mit einer zugehörigen zweiten Optik (5), eines Punktes der Oberfläche eines Objektes (20) die aus einer Vielzahl von Punkten besteht, b) Wiederholens des Schrittes a), zur Bereitstellung einer Bild- und Farbdatengesamtheit aus einer Vielzahl von Bilddaten und Farbdaten einzelner Punkte.
Verfahren zur Bildaufnahme- und Farbmessung von Bilddaten und Farbdaten einer Oberfläche eines Objektes (20) unter Verwendung eines Bildaufnahme- und Farbmesssystems nach einem der Ansprüche 13 bis 14, umfassend die Schritte des a) zeitgleichen Aufnehmens – von Bilddaten durch das einen Zeilensensor umfassende Kameramodul (3) mit einer zugehörigen ersten Optik (3') – von Farbmessdaten durch zumindest einen oder mehrere Farbsensoren (4), mit einer zugehörigen zweiten Optik (5), einer Vielzahl von Punkten der Oberfläche eines Objektes (20), wobei eine Vielzahl von Bilddaten- und Farbmessdatenpaaren, die jeweils einem Punkt zuordnbar sind, bereitgestellt wird, b) Wiederholens des Schrittes a), und Bereitstellen einer Farbdatengesamtheit aus der Vielzahl der gleichzeitig aufgenommenen Bilddaten- und Farbdatenpaare der Mehrzahl von Punkten.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Verfahren in einer Druckvorrichtung zur Inline-Druckbildkontrolle eines auf einem Objekt (20) aufgedruckten Druckbildes ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17, umfassend den Schritte des Beleuchtens des auf dem Objekt (20) aufgedruckten Druckbildes mittels einer in oder/und an dem Gehäuse (10) angeordneten Lichtquelle (6).